电力电子技术练习题及参考答案

《电力电子技术》练习题
一、填空题(每空1分，共５０分)
1、对同一晶闸管，维持电流I H与擎住电流I L在数值大小上有I L________I H。

2、功率集成电路PIC分为二大类，一类是高压集成电路，另一类是________。

3、晶闸管断态不重复电压U DSM与转折电压U BO数值大小上应为，U DSM________U BO。

4、电阻性负载三相半波可控整流电路中，晶闸管所承受的最大正向电压U Fm等于________，设U2为相电压有效值。

5、三相半波可控整流电路中的三个晶闸管的触发脉冲相位按相序依次互差________。

6、对于三相半波可控整流电路，换相重叠角的影响，将使用输出电压平均值________。

7、晶闸管串联时，给每只管子并联相同阻值的电阻R是________措施。

8、三相全控桥式变流电路交流侧非线性压敏电阻过电压保护电路的连接方式有________二种方式。

9、抑制过电压的方法之一是用________吸收可能产生过电压的能量，并用电阻将其消耗。

10、180°导电型电压源式三相桥式逆变电路，其换相是在________的上、下二个开关元件之间进行。

11、改变SPWM逆变器中的调制比，可以改变________的幅值。

12、为了利于功率晶体管的关断，驱动电流后沿应是________。

13、恒流驱动电路中抗饱和电路的主要作用是________。

14、功率晶体管缓冲保护电路中的二极管要求采用________型二极管，以便与功率晶体管的开关时间相配合
15、晶闸管门极触发刚从断态转入通态即移去触发信号，能维持通态所需要的最小阳极电流，称为______。

16、晶闸管的额定电压为断态重复峰值电压U DRm和反向重复峰值电压U RRm中较______的规化值。

17、普通晶闸管的额定电流用通态平均电流值标定，双向晶闸管的额定电流用_____标定。

18、晶闸管的导通条件是：晶闸管______和阴极间施加正向电压，并在______和阴极间施加正向触发电压和电流（或脉冲）。

19、温度升高时，晶闸管的触发电流随温度升高而______，正反向漏电流随温度升高而______，维持电流I H会______，正向转折电压和反向击穿电压随温度升高而______。

导通后流过晶闸管的电流由____________ 决定，负载上电压由____________决定。

20、晶闸管的派生器件有： ____________、 ____________、 ____________、____________等。

21、功率场效应管在应用中的注意事项有：
（1）____________，（2）____________，（3）____________，（4）____________。

22、整流就是把交流电能转换成直流电能，而将直流转换为交流电能称为____________，它是对应于整流的逆向过程。

23、____________与开关的频率和变换电路的形态性能等因素有关。

24、如果将逆变电路交流侧接到交流电网上，把直流电逆变成同频率的交流电，反送到电网上去称为____________。

25、____________电路是把逆变电路的交流侧接到电网上，把直流电逆变成同频率的交流反送到电网去。

____________电路的交流侧直接接到负载，将直流电逆变成某一频率或可变频率的交流供给负载。

26、____________的作用是抑制电力电子器件的因过电压du/dt 或者过电流di/dt,减少器件的开关损耗。

２７、VDMOS 的安全工作区分为：（1）_________________。

（2）_________________。

（3）_________________。

２８、晶闸管从正向阳极电流下降为零到它恢复正向阻断能力所需的这段时间称为___________。

即gr rr q t t t +=。

２９、IGBT 有三个电极，分别是____________ 、____________ 、____________。

如果 ____________接电源的正极，____________ 接电源的负极，它的导通和关断由____________ 来控制。

３０、电流从一个臂向另一个臂转移的过程称为____________。

二、单项选择题：(每小题2分，从每小题的四个备选选答案，选出一个正确答案，并将正确答案的填在题干后面的括号 )
１、功率晶体管GTR 从高电压小电流向低电压大电流跃变的现象称为( )
A.一次击穿
B.二次击穿
C.临界饱和
D.反向截止
２、逆导晶闸管是将大功率二极管与何种器件集成在一个管芯上而成( )
A.大功率三极管
B.逆阻型晶闸管
C.双向晶闸管
D.可关断晶闸管
３、.在晶闸管应用电路中，为了防止误触发应将幅值限制在不触发区的信号是( ) A.干扰信号 B.触发电压信号
C.触发电流信号
D.干扰信号和触发信号
４、当晶闸管承受反向阳极电压时，不论门极加何种极性触发电压，管子都将工作在( ) A.导通状态 B.关断状态 C.饱和状态 D.不定
５、单相半波可控整流电阻性负载电路中，控制角α的最大移相围是( )
A.90°
B.120°
C.150°
D.180°
６、单相全控桥大电感负载电路中，晶闸管可能承受的最大正向电压为( )
A. U2
B. U2
C.2 U2
D. U2
７、单相全控桥电阻性负载电路中，晶闸管可能承受的最大正向电压为( )
A. U2
B.2 U2
C. U2
D. U2
８、单相全控桥式整流大电感负载电路中，控制角α的移相围是( )
A.0°～90°
B.0°～180°
C.90°～180°
D.180°～360°９、单相全控桥反电动势负载电路中，当控制角α大于不导电角δ时，晶闸管的导通角θ=( )
A.π-α
B.π+α
C.π-δ-α
D.π+δ-α
１０、对于三相半波可控整流电路，换相重叠角γ与哪几个参数有关( )
A.α、负载电流Id以及变压器漏抗XC
B.α以及负载电流Id
C.α和U2
D.α、U2以及变压器漏抗XC
１１、三相半波可控整流电路的自然换相点是( )
A.交流相电压的过零点
B.本相相电压与相邻相电压正半周的交点处
C.比三相不控整流电路的自然换相点超前30°
D.比三相不控整流电路的自然换相点滞后60°
１２、可在第一和第四象限工作的变流电路是( )
A.三相半波可控变电流电路
B.单相半控桥
C.接有续流二极管的三相半控桥
D.接有续流二极管的单相半波可控变流电路
１３、快速熔断器可以用于过电流保护的电力电子器件是( )
A.功率晶体管
B.IGBT
C.功率MOSFET
D.晶闸管
１４、若增大SPWM逆变器的输出电压基波频率，可采用的控制方法是( )
A.增大三角波幅度
B.增大三角波频率
C.增大正弦调制波频率
D.增大正弦调制波幅度
１５、采用多重化电压源型逆变器的目的，主要是为( )
A.减小输出幅值
B.增大输出幅值
C.减小输出谐波
D.减小输出功率
１６、电流型逆变器中间直流环节贮能元件是( )
A.电容
B.电感
C.蓄电池
D.电动机
三、名词解释（每小题4分，）
１、电力电子技术2、二次击穿3、安全工作区
4、相控方式
5、换相重叠角γ
6、电力电子器件
7、电流波形的波形系数K f
8、晶闸管的伏安特性9、门极触发电流I GT 10、电流关断增益βoff
１1、换流12、整流器１3、电压纹波系数γu
１4、输入功率因数PF １5、相控方式１6、移相围换
17、相重叠角γ１8、直流变换电路19、交流变换电路
四、简答题
1、晶闸管的导通条件是什么? 导通后流过晶闸管的电流和负载上的电压由什么决定?
2、晶闸管的关断条件是什么? 如何实现? 晶闸管处于阻断状态时其两端的电压大小由什么决定?
3、某晶闸管型号规格为KP200-8D，试问型号规格代表什么意义?
4、无源逆变电路和有源逆变电路有何区别？
5、试说明直流斩波器主要有哪几种电路结构？试分析它们各有什么特点？
6、晶闸管的非正常导通方式有哪几种？
7、请简述晶闸管的关断时间定义。

8、怎样确定GTR的安全工作区SOA?
9、与GTR、VDMOS相比，IGBT管有何特点?
10、试简述Buck-Boost电路同Cuk电路的异同。

11、GTR对基极驱动电路的要什么？
12、在大功率GTR组成的开关电路中为什么要加缓冲电路?
13．试说明VDMOS的安全工作区。

14、试简述功率场效应管在应用中的注意事项。

15、与GTR、VDMOS相比，IGBT管有何特点?
16．缓冲电路的作用是什么？关断缓冲与开通缓冲在电路形式上有何区别，各自的功能是什么？
五、计算题（每题10分）
1、有一开关频率为50kHz的库克变换电路，假设输出端电容足够大，使输出电压保持恒定，并且元件的功率损耗可忽略，若输入电压U d=10V，输出电压U0调节为5V不变。

试求:
(1)占空比；
(2)电容器C1两端的电压U c1；
(3) 开关管的导通时间和关断时间。

2、有一开关频率为50kHz的Buck变换电路工作在电感电流连续的情况下，L=0.05mH，输入电压U d=15V，输出电压U0=10V
(1) 求占空比D的大小；
(2) 求电感中电流的峰-峰值ΔI；
(3) 若允许输出电压的纹波ΔU0/U0=5%，求滤波电容C的最小值。

3、某电阻性负载，R d=50Ω,要求U d在0~600V可调，试用单相半波和单相全控桥两种整流电路来供给，分别计算：
(1)晶闸管额定电压、电流值；
(2)连接负载的导线截面积(导线允许电流密度j=6A／mm2)；
(3)负载电阻上消耗的最大功率。

《电力电子技术》练习题参考答案
一、填空题(每空1分，共５０分)
1.大于(或≈(2～4))
2.智能功率集成电路
3.小于(或<)
4.U Fm=2U2
5.120°
6.下降
7.静态均压 8.Y形和△形9.储能元件
10.同一相 11.输出电压基波12.(一个)较大的负电流
13.减小存储时间 14.快速恢复15.维持电流
16．小17.正弦电流有效值18阳极门极
19、减小增大减小减小负载阻抗输入阳极电压UA
20、快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管
21、（1）过电流保护，（2）过电压保护，（3）过热保护，（4）防静电。

22、逆变23、开关损耗24、有源逆变
25、有源逆变无源逆变２６、缓冲电路
27、（1）正向偏置安全工作区。

（2）开关安全工作区。

（3）换向安全工作区。

28、关断时间２９、集电极C、发射极E、栅极G 、集电极C、
发射极E 、栅极电压U GE ３０、换流
二、单项选择题
１、B ２、B ３、A ４、B ５、D
６、B ７、C ８、A ９、C １０、A
１１、B １２、A １３、D １４、C １５、C
１６、B
三、名词解释
1、电力电子技术：将电子技术和控制技术引入传统的电力技术领域，利用半导体电力开关器件组成各种电力变换电路实现电能的变换和控制，构成了一门完整的学科，被国际电工委员会命名为电力电子学（Power Electronics）或称为电力电子技术。

2、二次击穿：
一次击穿发生时I c增大到某个临界点时会突然急剧上升，并伴随电压的陡然下降。

常常立
即导致器件的永久损坏，或者工作特性明显衰变 。

3、安全工作区SOA(Safe Operation Area)：
是指在输出特性曲线图上GTR 能够安全运行的电流、电压的极限围。

•按基极偏置分类可分为正偏安全工作区FBSOA 和反偏安全工作区RBSOA 。

4、相位控制方式：这种通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式称为相位控制方式，简称相控方式。

5、换相重叠角γ：实际工作中，整流变压器存在漏抗，晶闸管之间的换流不能瞬时完成，会出现参与换流的两个晶闸管同时导通的现象，同时导通的时间对应的电角度称为换相重叠角γ。

6、电力电子器件：电力电子电路中能实现电能的变换和控制的半导体电子器件称为电力电子器件。

7、 电流波形的波形系数：
定义某电流波形的有效值与平均值之比为这个电流波形的波形系数，用K f 表示：
8、 晶闸管的伏安特性：晶闸管阳极与阴极之间的电压U a 与阳极电流I a 的关系曲线称为晶
闸管的伏安特性。

9、门极触发电流I GT ：在室温下，晶闸管加6V 正向阳极电压时，使元件完全导通所必须的最小门极电流，称为门极触发电流I GT 。

10、电流关断增益：GTO 的门极可关断能力可用电流关断增益βoff 来表征，最大可关断阳极电流I ATO 与门极负脉冲电流最大值I GM 之比称为电流关断增益；βoff = I ATO/ I GM
11、换流：电流从一个臂向另一个臂转移的过程称为换流（或换相）。

12、整流器：利用电力电子器件的可控开关特性把交流电能变为直流电能的整流电路构成的系统称为整流器。

整流器的输出电压是脉动的，其中除了有主要的直流成分外，还有一定的交流谐波成分。

13、电压纹波系数γu ：定义整流器的输出电压的交流纹波有效值U H 与直流平均值U D 之比为电压纹波系数γu 。

即
电流平均值电流有效值=
f K H u U =
γ
14、输入功率因数PF ：定义交流电源输入有功功率平均值P 与其视在功率S 之比为输入功
率因数PF （Power factor ）, 即 15、相位控制方式：这种通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式称为相位控制方式，简称相控方式。

16、移相围：整流输出电压U d 的平均值从最大值变化到零时，控制角α的变化围为移相围。

17、换相重叠角γ：实际工作中，整流变压器存在漏抗，晶闸管之间的换流不能瞬时完成，会出现参与换流的两个晶闸管同时导通的现象，同时导通的时间对应的电角度称为换相重叠角γ。

18、直流变换电路：利用电力开关器件周期性的开通与关断来改变输出电压的大小，将直流电能转换为另一固定电压或可调电压的直流电能的电路称为直流变换电路。

(开关型DC/DC 变换电路/斩波器)。

19、交流变换电路：把交流电能的参数（幅值、频率、相数）加以转换的电路。

四、简答题 1
、晶闸管的导通条件是什么? 导通后流过晶闸管的电流和负载上的电压由什么决定?
答：晶闸管的导通条件是：晶闸管阳极和阳极间施加正向电压，并在门极和阳极间施加正向触发电压和电流（或脉冲）。

导通后流过晶闸管的电流由负载阻抗决定，负载上电压由输入阳极电压U A 决定。

2、晶闸管的关断条件是什么?
如何实现? 晶闸管处于阻断状态时其两端的电压大小由什么决定?
答：晶闸管的关断条件是：要使晶闸管由正向导通状态转变为阻断状态，可采用阳极电压反向使阳极电流I A 减小，I A 下降到维持电流I H 以下时，晶闸管部建立的正反馈无法进行。

进而实现晶闸管的关断，其两端电压大小由电源电压U A 决定。

S P PF =
s
s I U S =交流电力控制电路
交一交变频电路 （直接变频电路） 维持频率不变 改变输出电压的幅值。

将电网频率的交流电直接变换成较低频率的交流电
直接变频的同时也可实现电压变换。

分 类
3、某晶闸管型号规格为KP200-8D ，试问型号规格代表什么意义?
解：KP 代表普通型晶闸管，200代表其晶闸管的额定电流为200A ，8代表晶闸管的正反向峰值电压为800V ，D 代表通态平均压降为V U V T 7.06.0<<。

4、无源逆变电路和有源逆变电路有何区别？
答：有源逆变电路是把逆变电路的交流侧接到电网上，把直流电逆变成同频率的交流反送到电网去。

无源逆变电路的交流侧直接接到负载，将直流电逆变成某一频率或可变频率的交流供给负载。

5、试说明直流斩波器主要有哪几种电路结构？试分析它们各有什么特点？
答：直流斩波电路主要有降压斩波电路（Ｂuck ），升压斩波电路（Ｂoost ），升降压斩波电路（Ｂuck －Ｂoost ）和库克（Ｃook ）斩波电路。

降压斩波电路是：一种输出电压的平均值低于输入直流电压的变换电路。

它主要用于直流稳压电源和直流直流电机的调速。

升压斩波电路是：输出电压的平均值高于输入电压的变换电路，它可用于直流稳压电源和直流电机的再生制动。

升降压变换电路是输出电压平均值可以大于或小于输入直流电压，输出电压与输入电压极性相反。

主要用于要求输出与输入电压反向，其值可大于或小于输入电压的直流稳压电源。

库克电路也属升降压型直流变换电路，但输入端电流纹波小，输出直流电压平稳，降低了对滤波器的要求。

6、晶闸管的非正常导通方式有哪几种？
答：非正常导通方式有：(1) I g =0，阳极电压升高至相当高的数值；(1) 阳极电压上升率du/dt 过高；(3) 结温过高。

7、请简述晶闸管的关断时间定义。

答：晶闸管从正向阳极电流下降为零到它恢复正向阻断能力所需的这段时间称为关断时间。

即gr rr q t t t +=。

8、怎样确定GTR 的安全工作区SOA?
答：安全工作区是指在输出特性曲线图上GTR 能够安全运行的电流、电压的极限围。

按基极偏量分类可分为：正偏安全工作区FBSOA 和反偏安全工作区RBSOA 。

正偏工作区又叫开通工作区，它是基极正向偏量条件下由GTR 的最大允许集电极功耗P CM 以及二次击穿功率P SB ，I CM ，BU CEO 四条限制线所围成的区域。

反偏安全工作区又称为GTR 的关断安全
工作区，它表示在反向偏置状态下GTR 关断过程中电压U CE ，电流I C 限制界线所围成的区域。

9、与GTR 、VDMOS 相比，IGBT 管有何特点?
答：IGBT 的开关速度快，其开关时间是同容量GTR 的1/10，IGBT 电流容量大，是同容量MOS 的10倍；与VDMOS 、GTR 相比，IGBT 的耐压可以做得很高，最大允许电压U CEM 可达4500V ，IGBT 的最高允许结温T JM 为150℃，而且IGBT 的通态压降在室温和最高结温之间变化很小，具有良好的温度特性；通态压降是同一耐压规格VDMOS 的1/10，输入阻抗与MOS 同。

10、试简述Buck-Boost 电路同Cuk 电路的异同。

答：这两种电路都有升降压变换功能，其输出电压与输入电压极性相反，而且两种电路的输入、输出关系式完全相同，Buck-Boost 电路是在关断期电感L 给滤波电容C 补充能量，输出电流脉动很大，而Cuk 电路中接入了传送能量的耦合电容C 1，若使C 1足够大，输入输出电流都是平滑的，有效的降低了纹波，降低了对滤波电路的要求。

11、GTR 对基极驱动电路的要什么？
答：要求如下：
（1）提供合适的正反向基流以保证GTR 可靠导通与关断，
（2）实现主电路与控制电路隔离，
（3）自动保护功能，以便在故障发生时快速自动切除驱动信号避免损坏GTR 。

（4）电路尽可能简单，工作稳定可靠，抗干扰能力强。

12、在大功率GTR 组成的开关电路中为什么要加缓冲电路?
答：缓冲电路可以使GTR 在开通中的集电极电流缓升，关断中的集电极电压缓升，避免了GTR 同时承受高电压、大电流。

另一方面，缓冲电路也可以使GTR 的集电极电压变化率dt du 和集电极电流变化率dt
di 得到有效值抑制，减小开关损耗和防止高压击穿和硅片局部过热熔通而损坏GTR 。

13．试说明VDMOS 的安全工作区。

答：VDMOS 的安全工作区分为：（1）正向偏置安全工作区，由漏电源通态电阻限制线，最大漏极电流限制线，最大功耗限制线，最大漏源电压限制线构成。

（2）开关安全工作区：由最大峰值漏极电流I CM ，最大漏源击穿电压BU DS 最高结温I JM 所决定。

（3）换向安全工作区：换向速度dt
di 一定时，由漏极正向电压U DS 和二极管的正向电流的安全运行极限值I FM 决
定。

14、试简述功率场效应管在应用中的注意事项。

答：（1）过电流保护，（2）过电压保护，（3）过热保护，（4）防静电。

15、与GTR 、VDMOS 相比，IGBT 管有何特点?
答：IGBT 的开关速度快，其开关时间是同容量GTR 的1/10，IGBT 电流容量大，是同容量MOS 的10倍；与VDMOS 、GTR 相比，IGBT 的耐压可以做得很高，最大允许电压U CEM 可达4500V ，IGBT 的最高允许结温T JM 为150℃，而且IGBT 的通态压降在室温和最高结温之间变化很小，具有良好的温度特性；通态压降是同一耐压规格VDMOS 的1/10，输入阻抗与MOS 同。

16．缓冲电路的作用是什么？关断缓冲与开通缓冲在电路形式上有何区别，各自的功能是什么？
答：缓冲电路的作用是抑制电力电子器件的因过电压du/dt 或者过电流di/dt,减少器件的开关损耗。

缓冲电路分为关断缓冲电路和开通缓冲电路。

关断缓冲电路是对du/dt 抑制的电路，用于抑制器件的关断过电压和换相过电压，抑制du/dt ，减小关断损耗。

开通缓冲电路是对di/dt 抑制的电路，用于抑制器件开通时的电流过冲和di/dt ，减小器件的开通损耗。

五、计算题（每题10分）
1、有一开关频率为50kHz 的库克变换电路，假设输出端电容足够大，使输出电压保持恒定，并且元件的功率损耗可忽略，若输入电压U d =10V ，输出电压U 0调节为5V 不变。

试求:
(1) 占空比；
(2) 电容器C 1两端的电压U c1；
(3) 开关管的导通时间和关断时间。

解：(1) 因为 d U D
D U -=10－ 则 3
11055=---=-=d O O U U U D (注意V U o 5-=) (2) V U D U d C 151********=⨯-=-=
(3) s DT t on μ67.610501313=⨯⨯=
= s T D t off μ34.1310
50132)1(3=⨯⨯=-=- 2、有一开关频率为50kHz 的Buck 变换电路工作在电感电流连续的情况下，L=0.05mH ，输入电压U d =15V ，输出电压U 0=10V
(1) 求占空比D 的大小；
(2) 求电感中电流的峰-峰值ΔI ；
(3) 若允许输出电压的纹波ΔU 0/U 0=5%，求滤波电容C 的最小值。

解：（1）D U U d 10=， 667.015
100===d U U D （2）A fL D D U fLU U U U I d d O d O L 333.110
05.01050)667.01(667.015)1()(33=⨯⨯⨯-⨯=-=-=∆- (3)因为 2200))(1(2f
t D U U c -=∆π kHz f 50= LC f c π21
=
则 22
))(1(205.0f
f D c -=π )1(205.022
2
D f f c
-⨯=π 66.61066.6)
1050(1005.0805.0667.01805.0162332min =⨯=⨯⨯⨯⨯⨯-=⨯-=--F Lf D
C µF 3、某电阻性负载，R d =50Ω,要求U d 在0~600V 可调，试用单相半波和单相全控桥两种整流电路来供给，分别计算：
(1) 晶闸管额定电压、电流值；
(2) 连接负载的导线截面积(导线允许电流密度j=6A ／mm 2)；
(3) 负载电阻上消耗的最大功率。

解：（1）单相半波 0=α时,V U U d 133345
.060045.02===,A R U I d d d 1250600=== 晶闸管的最大电流有效值 A I I d T 8.1857.1==
晶闸管额定电流为 I T(AV)=≥
57.1T I 12(A) 晶闸管承受最大电压为 22U U RM ≥=1885V
取2倍安全裕量，晶闸管的额定电压、额定电流分别为4000V 和30A 。

所选导线截面积为 213.36
8.18mm J I S ==≥ 负载电阻上最大功率 kW R I P T R 7.172==
（2）单相全控桥 0=α时,V U U d 6679
.06009.02===,A R U I d d d 1250600=== 负载电流有效值 A I I d 3.1311.1== (K f =1.11) 晶闸管的额定电流为 I T(AV)=≥
57.1T I 6(A) I T =2I 晶闸管承受最大电压为 22U U RM ≥=1885V
取2倍安全裕量，晶闸管的额定电压、额定电流分别为4000V 和20A 。

所选导线截面积为 222.26
3.13mm J I S ≈=≥ 负载电阻上最大功率 kW R I P R 9.82==。